Механізм ультразвукового далекоміра

Як середовище для передачі інформації, ультразвук стає все більш важливим у різних областях, таких як дефектоскопія, вимірювання дальності та вимірювання швидкості, завдяки своїм прямим і відбиваючим властивостям, а також характеристикам, на які нелегко впливають зовнішні фактори, такі як світло та електромагнітні хвилі. Ультразвукова хвиля - це звукова хвиля з частотою вище 20 кГц. Він має хорошу спрямованість, сильну проникаючу здатність, легко отримати концентровану звукову енергію, яка має велику відстань у воді. ультразвукові перетворювачі можна використовувати для вимірювання відстані, вимірювання швидкості, очищення, зварювання, дроблення, стерилізації. дезінфекція тощо. Є багато застосувань у медицині, військовій справі, промисловості та сільському господарстві. Ультразвук отримав свою назву через нижню межу частоти, яка приблизно дорівнює верхній межі людського слуху.

У схемі ультразвукового виявлення вихідний імпульс є серією прямокутних хвиль на передавальному кінці. Ширина цієї серії прямокутних хвиль - це інтервал часу між передачі ультразвукових хвиль і прийомом ультразвукових хвиль. Очевидно, що чим більше відстань між об'єктами вимірювання, тим більше ширина імпульсу і вихідний імпульс. Число пропорційне відстані вимірювання. Ультразвуковий вимірювальний датчик зазвичай має такі методи:

(1) беручи середню напругу вихідного імпульсу, напруга (амплітуда напруги в основному фіксована) пропорційна відстані, і можна виміряти вимірювальну напругу;

(2) Вимірювання ширини вихідного імпульсу, тобто інтервалу часу t між ультразвуковою хвилею, що передає, і ультразвуковою хвилею, що приймає. Отже, відстань вимірювання S = 1/2 vt.

Ультразвукові передавачі передають ультразвукові хвилі в певному напрямку, і час початку одночасно є часом передачі. Коли ультразвукові хвилі поширюються в повітрі, вони негайно повертаються до перешкод, а ультразвукові приймачі припиняють вимірювання часу відразу після отримання відбитих хвиль. Швидкість поширення ультразвукової хвилі в повітрі дорівнює V, і відповідно до різниці в часі, виміряної таймером для вимірювання переданого та прийнятого відлунь, можна обчислити відстань S точки випромінювання від перешкоди, тобто: S = V·Δt / 2. Це метод вимірювання різниці в часі. Оскільки ультразвукові датчики відстані також є різновидом звукових хвиль, їхня швидкість звуку пов’язана з температурою, і вказано швидкість звуку за кількох різних температур. Під час використання, якщо температура не змінюється значно, швидкість звуку можна вважати практично постійною. Швидкість поширення ультразвукової хвилі при нормальній температурі становить 334 м/с, але на її швидкість V легко впливають такі фактори, як температура, вологість і тиск у повітрі, на які температура сильно впливає. З кожним підвищенням температури на 1°C швидкість звуку збільшується на 0,6 м/с. Якщо точність ранжування дуже висока, її необхідно скоригувати методом температурної компенсації. Коли відома температура навколишнього середовища T, формула для розрахунку швидкості поширення ультразвуку V має вигляд: V = 331,45 + 0,607T

Після визначення швидкості звуку відстань можна отримати, вимірявши час проходження ультразвуку туди й назад. Це механізм ультразвукового далекоміра.

1. Використовуйте TRIG порту вводу-виводу, щоб запустити визначення діапазону, надаючи мінімум 10 мкс сигналу високого рівня (один імпульс становить 10 мкс / один високої потужності, рівна тривалість становить 10 мкс.

2. Модуль автоматично надсилає квадратні хвилі 840 кГц, щоб автоматично визначити, чи є повернення сигналу.

3. Є повернення сигналу, і високий рівень виводиться через IO-порт ECHO. Тривалість високого рівня - це час від передачі до повернення ультразвукової хвилі. Тестова відстань = (максимальний час * швидкість звуку / 2), VCC GND – це джерело живлення, TRIG – контрольний кінець (вхід), а ECHO – зворотний кінець (вихід). TRIG дає імпульс високого рівня, а SR40 починає надсилати ультразвукові хвилі. Приймаючи відбиту хвилю, ECHO видає дійсний сигнал. Відстань можна перетворити, вимірявши різницю в часі від початку тригера TRIG до отримання ECHO.

Модуль ультразвукового вимірювання дальності HCSR04, VCC забезпечує джерело живлення 5 В, GND заземлення, вхід сигналу керування тригером TRIG, вихід сигналу луни ECHO та інші чотири інтерфейсні термінали. Забезпечується імпульсний тригерний сигнал 10 мкс або більше, і модуль внутрішньо випромінює циклічні рівні 40 кГц і виявляє відлуння. Після виявлення ехо-сигналу виявляється вихідний ехо-сигнал. Ширина імпульсу ехо-сигналу пропорційна виміряній відстані, за допомогою чого відстань можна обчислити шляхом передачі сигналу на приймаючий ехо-сигнал.